Projekt 06385/01

Entwicklung eines modularen Diagnosesystems für die Erkennung und Lokalisierung von Fehlern in Photovoltaikanlagen

Projektdurchführung

Universität KasselInstitut für Solare Energieversorgungstechnik(ISET) e. V.
Königstor 59
34119 Kassel

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Wie in jedem anderen technischen System treten auch in Photovoltaik(PV)-Anlagen Fehler und Ausfälle von Komponenten auf, die bis zu ihrer Erkennung und Behebung den elektrischen Energieertrag senken. Die Erkennung und Lokalisierung von Fehlern in großen PV-Anlagen oder PV-Fassaden ist bisher aufwendig und zeitintensiv. Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung eines Diagnosesystems für PV-Anlagen, das eine schnelle Fehlererkennung sowie eine genaue Ortung des Ausfalls leistet.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZu Beginn der Projekts wurden mit einer Literaturrecherche und Untersuchungen am Solargenerator des ISET typische Ausfälle von PV-Anlagen ermittelt. Hieraus leiteten sich die Forderungen an ein Fehler-diagnosesystem ab. Eine Analyse des Standes der Technik zeigte Verbesserungs-möglichkeiten der bisher verwendeten Diagnoseverfahren auf.
Basierend auf diesen Voruntersuchungen entwickelten ISET und der Kooperationspartner für unter-schiedliche Anlagentypen Verfahren zur Fehlererkennung in Photovoltaikanlagen. Der Partner kon-zentrierte sich auf Anlagen mit modulintegrierten Stromrichtern. Das ISET bearbeitete Anlagen mit zentralem Wechselrichter. Für beide Anlagetypen wurden Diagnoseverfahren erarbeitet. Die Verfahren und schaltungstechnische Lösungen wurden mit Hilfe von Simulationen überprüft. Im Anschluß an die Simulation wurden zwei Diagnosesysteme entwickelt, aufgebaut und getestet.


Ergebnisse und Diskussion

Die entwickelten Geräte wurden im Labor und am Solargenerator überprüft.
Die Kommunikation zwischen Wechselrichtern und Zentraleinheit sowie die Überwachung von Netzspannung und -frequenz des Systems des Partners funktionierten. Die Überwachung der Netzimpedanz arbeitet trotz Nachbesserungen nach den ersten Laborversuchen nicht zufriedenstellend.

Das Diagnosesystem des ISET zeigte eine zufriedenstellend arbeitende Kommunikation zwischen modul-integrierten Sensoren und der Zentraleinheit. Die Erdschlußerkennung funktionierte gleichfalls. Drei Muster der Modulsensoren arbeiteten ca. ein halbes Jahr im Generator und überstanden diesen Dauertest ohne Schäden.

Vor einer Fertigung sind noch weitere Detailarbeiten sinnvoll. Eine Erhöhung der Empfindlichkeit der Erdschlußerkennung ist durch weitere Verbesserungen des Algorithmus möglich. Ein Auswechseln des Prozessors im Modulsensor gegen einen neuen, kleineren Typ kann die Kosten weiter von etwa 10 DM auf 5 DM senken.

Wegen der Feuchtigkeit in der Modulanschlußdose sollte der Modulsensor eingegossen werden. Eine Integration der Bypassdiode in die Sensorschaltung würde den Montageaufwand weiter reduzieren. Die Netzimpedanzmessung der Zentraleinheit unseres Partners ist auf den Stand der aktuellen Normen zu bringen.

Das Diagnoseverfahren des Kooperationspartners ist sehr preiswert und universell verwendbar, so daß eine Anwendung für weitere Produkte z.B. einen Room-In-Converter (ein kleiner Wechselrichter, der im Kabelkanal angebracht werden soll) zu erwarten ist.

Das vom ISET entwickelte System für Anlagen mit zentralem Wechselrichter bietet sich für den Einsatz in PV-Fassaden an. Der hohe Anspruch der Kunden in diesem Markt an Meßwerterfassung und Visualisierung kann sich auf die Markteinführung günstig auswirken. Weitere wissenschaftliche Arbeiten mit dem Diagnosesystem in der PV-Fassade und dem Experimentalgenerator des ISET sind geplant.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Geplante Veröffentlichung auf dem 14. Symposium Photovoltaische Solarenergie in Staffelstein


Fazit

Die entwickelten Verfahren und Schaltungen zeigten im Labor ihre Funktionsfähigkeit. Sie lassen sich mit wenigen preiswerten Komponenten realisieren. Ihr Einsatz führt zur schnellen Erkennung und genauen Ortung von Fehlern in PV-Anlagen. Stillstandszeiten mit entsprechenden Ertragseinbußen werden verringert, die Verfügbarkeit der Anlage erhöht sich.